【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利与水电工程，特别是一种抽水蓄能电站排洪系统及排洪方法。
技术介绍
1、伴随水利与水电工程的不断推进，抽水蓄能电站工程已成为新型电力系统的重要组成部分，并具有削峰填谷、储能调频和稳定电网的重要功能。虽然抽水蓄能电站工程的修建阻断了山洪原有的行洪路线，但是由于山洪含沙量高，会影响抽水蓄能电站系统的运行稳定，导致一般天然洪水不入库。因此往往需要修建配套的排洪系统，将山洪通过该系统排向下游。
2、目前抽水蓄能电站类工程主要的特点为高水头、多泥沙，根据工程设计经验，水头往往高达100m甚至接近200m。因此，该类工程存在以下亟需解决的问题：（1）消能问题，即通过工程措施排洪的同时，需要降低洪水流速减轻巨大动能，以减少对出口下游地形及建筑物的破坏；（2）多泥沙问题，由于山洪中泥沙含量较高，甚至有些时候伴随着泥石流的发生，洪水中含有粒径较大的石头，将会造成泥沙淤积同时破坏建筑物；（3）泄水隧洞长达近千米，消能设施全程布置工程量大、周期长，导致工程投资和后期运行维护成本高。
技术实现思路
1、本专利技术实施例要解决的技术问题在于，提供一种抽水蓄能电站排洪系统及排洪方法，以解决现有技术中抽水蓄能电站类工程存在上述不足的问题。
2、本专利技术公开了一种抽水蓄能电站排洪系统，包括：
3、排洪隧洞，包括沿水流方向依次布置的缓坡基层和陡坡基层，所述陡坡基层位于所述排洪隧洞出口的标定范围内布置有消能段，所述消能段包括沿水流方向依次增大水平宽度的扩散区域，以
4、消能建筑物，包括沿所述消能段依次衔接布置的多级消能台阶，且所述消能台阶的宽度与所述消能段对应位置的水平宽度一致，所述消能台阶包括对上游水流进行一次消能的台阶平面，以及将水流中泥沙导流至下游的台阶立面，所述扩散区域内多级所述消能台阶的步高和步长沿水流方向依次增大，用于将上游水流通过流速渐变过渡至所述扩宽区域内的多级消能台阶上；
5、消力池，衔接在所述排洪隧洞的出口处，用于对流出所述排洪隧洞的水流进行二次消能；
6、防护设施，衔接在所述消力池出口和原河床覆盖层之间，用于对流出所述消力池的水流进行过渡缓冲。
7、可选地，所述缓坡基层的坡度小于所述陡坡基层的坡度，所述排洪隧洞还包括若干转弯段，且若干所述转弯段均通过所述缓坡基层进行布置。
8、可选地，所述陡坡基层还包括衔接在所述缓坡基层和所述消能段之间的光滑段，所述陡坡基层位于所述光滑段的层表面构成用于将水流中泥沙导流至下游的光滑导流面，所述消能段与所述光滑段衔接的位置距所述排洪隧洞的出口为标定距离n，且标定距离n的范围为70m≤n≤100m。
9、可选地，所述台阶平面为水平面沿水流方向顺时针旋转预设角度形成的斜面，所述台阶立面为竖直面沿水流方向逆时针旋转预设角度形成的斜面，且所述消能台阶的所述台阶立面和下一级所述消能台阶的所述台阶平面位于衔接处形成角度大于90°的冲刷凹角。
10、可选地，所述扩宽区域内任意两所述消能台阶之间对应的宽度、步长以及步高均一致，且所述扩宽区域内最上级所述消能台阶的步长和步高均大于所述扩散区域内最下级所述消能台阶的步长和步高。
11、可选地，所述抽水蓄能电站排洪系统还包括相对设置的边墙，所述排洪隧洞设置在两所述边墙之间，多级所述消能台阶外侧边的连线和对应侧的所述边墙共线，且多级所述消能台阶沿水流方向的中心轴线连线为直线。
12、可选地，所述消力池包括池体，以及设置在所述池体底板上的消力组件，所述池体的底板与所述排洪隧洞的出口平齐，所述消力组件包括沿垂直水流方向设置的多排消力墩，且相邻两排之间的所述消力墩呈错位布置，所述消力墩为平行于水流方向的梯形体结构，且所述消力墩迎向上游水流的侧表面为斜向设置。
13、可选地，所述防护设施包括位于所述消力池出口依次衔接布置的混凝土护坦层、钢筋石笼层以及碎石层，以使所述消力池出口的水流依次经所述混凝土护坦层、所述钢筋石笼层以及所述碎石层进行过渡缓冲。
14、可选地，所述钢筋石笼层包括多个互相连接的六面体钢筋笼，所述六面体钢筋笼包括笼体和填充在笼体内的多个填充石料，所述笼体为低碳钢丝编织形成的六面双绞合钢丝网结构，所述笼体的钢丝上涂覆有树脂保护膜，且所述笼体的网孔小于所述填充石料的粒径，所述笼体内还设置有碎石填料，所述碎石填料填充在所述笼体内相邻两所述填充石料的石缝处。
15、本专利技术还公开了一种排洪方法，采用上述的抽水蓄能电站排洪系统，包括：
16、在目标流域布设所述排洪隧洞、所述消能建筑物、所述消力池以及所述防护设施，当所述目标流域产生洪水，所述目标流域中的洪水携带泥沙被引入排洪隧洞中，并沿所述缓坡基层和所述陡坡基层依次流动；
17、当水流沿所述陡坡基层流至所述消能段时，水流先经过所述扩散区域内的多级所述消能台阶进行消能，同时逐渐降低单宽流量，直至过渡到所述扩宽区域内的多级所述消能台阶上，并保持单宽流量不变继续消能，水流中的泥沙随多级所述消能台阶导流至下游；
18、水流经过多级所述消能台阶的一次消能后，携带泥沙沿所述排洪隧洞的出口引入所述消力池内，并在所述消力池内旋滚进行二次消能，泥沙随水流从所述消力池排出；
19、流出所述消力池的水流经所述防护设施逐渐损耗能量，直至流入原河床覆盖层完成排洪。
20、与现有技术相比，本专利技术实施例提供的抽水蓄能电站排洪系统及排洪方法有益效果在于：
21、通过布置排洪隧洞、消能建筑物、消力池以及防护设施，利用缓坡基层和陡坡基层的设置，使缓坡基层可以降低排洪隧洞入口处的水流速度，以减少对排洪隧洞内壁的冲刷，并通过在排洪隧洞出口的标定范围内布置有消能段，将消能建筑物仅布置在消能段处，相较全隧洞布置方案，极大地节约了工程量。同时，利用扩散区域内消能段的水平宽度渐变设置，仅对排洪隧洞出口的标定范围内进行扩宽，从而在增加较少开挖量的情况下，有效减小了单宽流量，显著提高了消能建筑物的消能效果。再通过多级消能台阶由小尺寸到大尺寸逐渐过渡的方案，避免水流在消能台阶上飞溅的现象，使水流衔接更加平稳，改善了水流流态。此外，利用消力池和防护设施进一步提高对水流的消能和缓冲，有效解决高水头洪水对下游地形和建筑物的破坏问题。
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1.一种抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于，所述抽水蓄能电站排洪系统包括：
2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述缓坡基层的坡度小于所述陡坡基层的坡度，所述排洪隧洞还包括若干转弯段，且若干所述转弯段均通过所述缓坡基层进行布置。
3.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述陡坡基层还包括衔接在所述缓坡基层和所述消能段之间的光滑段，所述陡坡基层位于所述光滑段的层表面构成用于将水流中泥沙导流至下游的光滑导流面，所述消能段与所述光滑段衔接的位置距所述排洪隧洞的出口为标定距离n，且标定距离n的范围为70m≤n≤100m。
4.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述台阶平面为水平面沿水流方向顺时针旋转预设角度形成的斜面，所述台阶立面为竖直面沿水流方向逆时针旋转预设角度形成的斜面，且所述消能台阶的所述台阶立面和下一级所述消能台阶的所述台阶平面位于衔接处形成角度大于90°的冲刷凹角。
5.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述扩宽区域内任意两所述消能台阶之间对应的宽度、
6.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述抽水蓄能电站排洪系统还包括相对设置的边墙，所述排洪隧洞设置在两所述边墙之间，多级所述消能台阶外侧边的连线和对应侧的所述边墙共线，且多级所述消能台阶沿水流方向的中心轴线连线为直线。
7.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述消力池包括池体，以及设置在所述池体底板上的消力组件，所述池体的底板与所述排洪隧洞的出口平齐，所述消力组件包括沿垂直水流方向设置的多排消力墩，且相邻两排之间的所述消力墩呈错位布置，所述消力墩为平行于水流方向的梯形体结构，且所述消力墩迎向上游水流的侧表面为斜向设置。
8.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述防护设施包括位于所述消力池出口依次衔接布置的混凝土护坦层、钢筋石笼层以及碎石层，以使所述消力池出口的水流依次经所述混凝土护坦层、所述钢筋石笼层以及所述碎石层进行过渡缓冲。
9.根据权利要求8所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述钢筋石笼层包括多个互相连接的六面体钢筋笼，所述六面体钢筋笼包括笼体和填充在笼体内的多个填充石料，所述笼体为低碳钢丝编织形成的六面双绞合钢丝网结构，所述笼体的钢丝上涂覆有树脂保护膜，且所述笼体的网孔小于所述填充石料的粒径，所述笼体内还设置有碎石填料，所述碎石填料填充在所述笼体内相邻两所述填充石料的石缝处。
10.一种排洪方法，采用权利要求1-9任意一项所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于，所述排洪方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于，所述抽水蓄能电站排洪系统包括：
2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述缓坡基层的坡度小于所述陡坡基层的坡度，所述排洪隧洞还包括若干转弯段，且若干所述转弯段均通过所述缓坡基层进行布置。
3.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述陡坡基层还包括衔接在所述缓坡基层和所述消能段之间的光滑段，所述陡坡基层位于所述光滑段的层表面构成用于将水流中泥沙导流至下游的光滑导流面，所述消能段与所述光滑段衔接的位置距所述排洪隧洞的出口为标定距离n，且标定距离n的范围为70m≤n≤100m。
4.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述台阶平面为水平面沿水流方向顺时针旋转预设角度形成的斜面，所述台阶立面为竖直面沿水流方向逆时针旋转预设角度形成的斜面，且所述消能台阶的所述台阶立面和下一级所述消能台阶的所述台阶平面位于衔接处形成角度大于90°的冲刷凹角。
5.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述扩宽区域内任意两所述消能台阶之间对应的宽度、步长以及步高均一致，且所述扩宽区域内最上级所述消能台阶的步长和步高均大于所述扩散区域内最下级所述消能台阶的步长和步高。
6.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站排洪系统，其特征在于：所述抽水蓄能电站排洪系统还包括相对设置的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘广乾，贺翠玲，李鹏峰，常玉鹏，刘泳佚，谷明行，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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